[发明专利]一种飞秒激光直写光子芯片衍射光栅检测方法

说明书

为了实现光子芯片中光的衍射问题，本发明提出一种基于飞秒激光制备的光子芯片单元的制作方法。本发明采用飞秒激光制备完成，通过将激光光斑聚焦到SOI材料表面进行刻蚀，采用逐线法写制出间距为10nm、深度为4μm、长度100μm的锯齿型光栅结构。

技术领域

本发明涉及光器件领域，特别涉及一种飞秒激光直写光子芯片衍射光栅检测方法。

背景技术

近年来，硅基光子器件已经得到快速发展，包括激光器、探测器、光栅耦合器、光波导、光开关和微环滤波器等光器件的分析设计和制作工艺已经成熟，但在系统设计过程中，各器件分立构成，大大限制了整个通信系统规模的发展。。因此，硅基微波光子高度集成于同一芯片将会加快整个通信领域的发展。硅基微波光子芯片在军事和民用方面具有潜在的巨大价值。

军事方面，硅基微波光子芯片可用于相控阵雷达。相控阵雷达因具有能对付多目标、抗干扰能力强、反应速度快和可靠性高等优点而被广泛用于作战系统。相控阵雷达由成千上万的辐射单元排阵构成，实现了多波束的电子扫描。每组辐射单元由天线、放大器、相移器和微波信号组成。利用微波光子学研制光学相控阵雷达可以解决这一问题，采用光栅、微环谐振器等光学器件作为相移器，通过光学移相器调节光束相位射出的光波产生干涉从而形成高强度的精确波束。将高集成硅基微波光子芯片应用于相控阵雷达，高频率的光波按需搜索、探测和跟踪不同方向和不同高度的多批目标，另一方面大大缩小设备的尺寸和重量，从而提高雷达的敏捷性。目前，这方面的研究仍为空白，但随着微波光子学和光子器件的发展，光学相控阵雷达必将成为军事领域的研究热点。

民用方面，随着日益增长的无线终端数量和对大数据量通信的需求，以及目前4G、5G移动通信的覆盖，第五代移动通信需要传输1～10Gbit/s的数据速率，所需的频带集中在3GHz，传统的微波技术已难以满足需求，光纤的传输速率虽然能达到，但是不能代替无线技术。采用光纤长距离传输和微波光子技术产生高频率载波信号的光载无线技术是解决问题的有效方法。因此，高集成硅基微波光子芯片的研究是发展的必然趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种飞秒激光直写光子芯片衍射光栅检测方法，采用本发明所提供的技术方法制作的硅基衍射结构精度高、重复性好、加工效率高，增加装置的适用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种飞秒激光直写光子芯片衍射光栅检测方法，包括以下步骤：

步骤a、对新型硅基集成电路材料进行飞秒激光直写，具体包括以下步骤；步骤a1、将新型硅基集成电路材料用酒精擦拭干净，固定到三维电动位移平台上；步骤a2、打开飞秒激光并设置好直写的相关参数，使得光束依次通过半波片、保偏片、衰减片和遮挡板，再经反光镜的反射垂直照射新型硅基集成电路材料表面；步骤a3、采用逐线法写制出间距为10nm、深度为4um、长度100um的光栅结构；步骤a4、搭建基于电荷藕合器件图像传感器的双向刻写监测系统，对光路进行补偿；

步骤b、将环形器两端口分别连接光源和光谱仪，另一端口照射上述经过直写的所述新型硅基集成电路材料；

步骤c、改变步骤b中所述环形器端口照射光角度，记录光谱谱线的变化。